2015年，瑞典烏普薩拉大學(xué)的進(jìn)化微生物學(xué)家Thijs Ettema領(lǐng)導的團隊在Nature期刊發(fā)表論文，發(fā)現了一種全新的古菌——洛基古菌（Lokiarchaeota），并解析了其的 DNA 序列。此后幾年內，該團隊和其他研究人員又發(fā)現了與洛基古菌有關(guān)的幾種新古菌，分別命名為索爾古菌（Thorarchaeota）、奧丁古菌（Odinarchaeota）、海姆達爾古菌（Heimdallarchaeota）等，他們將這些新古菌以北歐神話(huà)中的神域阿斯加德（Asgard）命名。
2021年，深圳大學(xué)高等研究院李猛教授團隊在Nature期刊發(fā)表論文，進(jìn)一步擴展了“阿斯加德”古菌的系統發(fā)育多樣性，將“阿斯加德”古菌從原有的 6 個(gè)門(mén)增加到 12 個(gè)門(mén)，并將其中一個(gè)門(mén)命名為悟空古菌（Wukongarchaeota）。讓中國古代神話(huà)與北歐神話(huà)來(lái)了一次聯(lián)動(dòng)。
這些“阿斯加德”古菌的發(fā)現，重新激起了生命域真實(shí)數量（目前生命域被分為細菌域、古菌域和真核域）以及真核生命起源（內共生學(xué)說(shuō)認為，原始真核細胞吞下了細菌，最終演化出了真核生物）的爭論。“阿斯加德”古菌被歸類(lèi)于古菌，但具有多個(gè)真核生物的標志性蛋白（例如肌動(dòng)蛋白），那么，生命是否因該被分為兩個(gè)域？真核生物和古菌同屬一個(gè)域？真核生物是否有古菌通過(guò)內共生直接演化而來(lái)？
2025年3月21日，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院Martin Pilhofer實(shí)驗室在Cell期刊發(fā)表了題為：Microtubule in Asgard archaea的研究論文。
該研究首次在“阿斯加德”古菌中發(fā)現了能夠形成微管纖維的異源二聚體微管蛋白，為微管的進(jìn)化起源提供了新視角。
微管結構，長(cháng)期以來(lái)被認為是真核生物（包括人類(lèi)、動(dòng)植物等）的“獨家專(zhuān)利”，而這項最新研究徹底改寫(xiě)了這一認知，這不僅填補了生命進(jìn)化樹(shù)上的關(guān)鍵空白，更為破解真核生物起源之謎提供了決定性證據。
突破性發(fā)現：古菌中的“細胞骨架”
在深海水熱噴口等極端環(huán)境中，存在著(zhù)一個(gè)被稱(chēng)為“阿斯加德”古菌的神秘族群。它們被認為是真核生物在進(jìn)化樹(shù)上最親近的“表親”，此前已被發(fā)現其擁有真核生物特有的肌動(dòng)蛋白。而在這項最新研究中，研究團隊通過(guò)冷凍電鏡斷層掃描技術(shù)，在最早被發(fā)現的“阿斯加德”古菌——洛基古菌的細胞內捕捉到了令人震驚的畫(huà)面：其細胞體和突起中存在著(zhù)直徑為 12-18nm 的管狀結構，長(cháng)度可達 1.7 微米。研究團隊使用超分辨率膨脹顯微鏡發(fā)現，特定生長(cháng)階段的洛基古菌細胞內存在微管蛋白組成的纖維網(wǎng)絡(luò )。
解碼古菌微管的分子奧秘
研究團隊通過(guò)蛋白質(zhì)組學(xué)發(fā)現了洛基古菌兩個(gè)高表達的微管蛋白基因 AtubA/B，AtubA/B 蛋白像真核生物的 α/β 微管蛋白一樣，形成精密配對的異源二聚體，體外實(shí)驗證實(shí)，這些蛋白能在數秒內自主組裝成兩種微管：標準型：5 根原絲組成的微管，與真核微管共享 M-loop 側向連接方式；變體型：AtubB2 替代 AtubB 后形成 7 原絲結構，展現獨特的組裝機制。
改寫(xiě)教科書(shū)：微管的遠古起源之謎
這項研究顛覆了三個(gè)傳統認知：
1、時(shí)間線(xiàn)前移：微管的形成能力早在 20 億年前的古菌中就已存在；
2、進(jìn)化中間體：古菌微管兼具細菌 BtubA/B 的簡(jiǎn)單性和真核微管的復雜性；
3、功能多樣性：AtubB2通過(guò)競爭性置換調控微管組裝，揭示早期細胞骨架的調控雛形。
特別值得注意的是，古菌微管不需要真核生物復雜的伴侶蛋白協(xié)助組裝，這為開(kāi)發(fā)新型生物材料提供了靈感。
生命起源的新啟示
這項突破性發(fā)現為生命起源研究開(kāi)辟了新方向：
● 填補缺失環(huán)節：解釋了真核生物復雜細胞結構如何從古菌祖先演化而來(lái)；
● 改寫(xiě)生命進(jìn)化樹(shù)：為“真核生物起源于古菌內共生”假說(shuō)提供了關(guān)鍵證據；
● 技術(shù)新突破：建立了古菌蛋白在真核表達系統中的純化方法，為研究其他遠古蛋白奠定基礎。
據悉，研究團隊正在嘗試培養更多“阿斯加德”古菌，以期直接觀(guān)察活體細胞內的微管動(dòng)態(tài)。正如通訊作者M(jìn)artin Pilhofer教授所說(shuō)：我們正在目睹生命復雜性的第一個(gè)火花，這些古菌細胞里蘊藏著(zhù)整個(gè)真核生物的進(jìn)化藍圖。
這項載入教科書(shū)的發(fā)現告訴我們：生命的偉大創(chuàng )新往往源于分子層面的微小突破。當古菌祖先第一次將蛋白質(zhì)組裝成微管時(shí)，誰(shuí)又能想到，這個(gè)簡(jiǎn)單的結構最終會(huì )演化成支撐起整個(gè)復雜生命世界的細胞骨架呢？在深海古菌的微觀(guān)世界里，記錄著(zhù)關(guān)于生命起源的誘人篇章。
據悉，論文共同第一作者許靖蔚博士將于2025年8月全職加入西湖實(shí)驗室/西湖大學(xué)生命學(xué)院。其研究方向將結合多尺度成像技術(shù)（包括冷凍電鏡單顆粒，原位冷凍電鏡斷層掃描、膨脹顯微成像等）和不同組學(xué)來(lái)研究細胞在應對外界環(huán)境變化時(shí)其胞內超微結構（主要關(guān)注不同纖維網(wǎng)絡(luò )）的重塑。
論文鏈接：
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00254-5
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